[发明专利]熔盐电解法从粉煤灰中提取金属的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及熔盐电解法从粉煤灰中提取金属的方法。

背景技术

粉煤灰俗称飞灰，是指从燃煤（含煤矸石、煤泥）锅炉烟气中收集的粉尘和炉底渣，以及燃煤电厂生产过程中产生的脱硫、脱硝灰渣。粉煤灰产量和排放量呈逐年递增趋势，粉煤灰的日积月累已明显成为公害。粉煤灰的化学成分主要有氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫、烧失量等。

目前，粉煤灰的利用主要集中在建材和筑路工程等方面，基本上属于低附加值的粗放式利用，利用效率不高。另外，现有的粉煤灰综合利用研究工作大多集中在粉煤灰中铝资源的回收利用上。从粉煤灰中提取氧化铝的方法主要有碱法、酸浸取法、酸碱联合法和硫酸铵焙烧法，但每种方法均有各自的不足。其中碱法主要包括碱石灰烧结法和石灰石烧结法，碱法工艺的碱反应剂不能循环利用，能耗高，生产成本高，而且产生的残渣量大；酸浸出法主要采用硫酸或盐酸浸取粉煤灰，酸浸取时还可将Fe、K、Mg、Ca 等元素浸出，增大了氧化铝的提取难度，而且设备腐蚀严重，生产成本高；酸碱联合法制得的氧化铝产品质量较高，但生产工序及设备多，能耗大，生产成本高；硫酸铵焙烧法通过将粉煤灰与硫酸铵混合焙烧，但仍存在能耗高、提纯率低等问题。在这些研究工作中仅仅体现对铝资源的回收利用，尚未真正体现综合利用粉煤灰中的氧化硅和氧化铝。

发明内容

针对现有回收利用粉煤灰在技术上存在的上述问题，本发明提供熔盐电解法从粉煤灰中提取金属的方法，以冰晶石作为熔剂，氟盐作为添加剂，粉煤灰作为原料，通过溶解在冰晶石熔盐体系中，采用炭素阳极或惰性阳极作为阳极，在高温下进行电解提取粉煤灰中的金属，制成铝基合金。

本发明的熔盐电解法从粉煤灰中提取金属的方法分为两种，第一种方法是按以下步骤进行：

1、将Na₃AlF₆和AlF₃混合均匀制成冰晶石基熔盐，混合比例按冰晶石基熔盐中的NaF与AlF₃的摩尔比为2~2.8；

2、将冰晶石基熔盐置于电解槽中，然后加入粉煤灰，粉煤灰的加入量为冰晶石基熔盐与粉煤灰总重量的3~10%；

3、将冰晶石基熔盐和粉煤灰加热至910~985℃，然后通电进行电解，控制阴极和阳极之间的电流密度为0.4~1.2A/cm²，电解时间为3~8h，电解完成后在阴极上沉积形成铝基合金。

上述方法中，电解时采用的阴极为铝液，阳极为碳阳极或惰性阳极，所述的惰性阳极为金属基铝电解惰性阳极。

上述方法中，当开始电解后，每半小时向电解槽中补加一次粉煤灰，每次补加的粉煤灰量为开始电解时电解槽中粉煤灰总重量的20~80%。

上述方法在阴极上沉积的铝基合金的成分按重量百分比含Al 67~76%，Si 17~20%，Fe 2.5~6.5%，Ti 1~8.5%，余量为杂质。

上述方法中粉煤灰中金属的回收率分别为Al 50~80%，Si 70~90%，Fe 60~80%，Ti 85~95%。

第二种方法按以下步骤进行：

1、将Na₃AlF₆和AlF₃混合均匀制成冰晶石基熔盐，混合比例按冰晶石基熔盐中的NaF与AlF₃的摩尔比为2~2.8；

2、将冰晶石基熔盐置于电解槽中，然后加入粉煤灰和氧化铝的混合原料，混合原料中粉煤灰占混合原料总重量的10~60%，其余为氧化铝，混合原料占冰晶石基熔盐和混合原料总重量的2~8%；

3、将冰晶石基熔盐和混合原料加热至930~985℃，然后通电进行电解，控制阴极和阳极之间的电流密度为0.4~1.0A/cm²，电解时间为3~8h，电解完成后在阴极上沉积形成铝基合金。

上述的第二种方法中，电解时采用的阴极为铝液，阳极为碳阳极。

上述的第二种方法中，当开始电解后，每半小时向电解槽中补加一次粉煤灰和氧化铝的混合物料，混合物料中粉煤灰占混合物料总重量的10~60%；每次补加的混合物料量为开始电解时电解槽中混合原料总重量的20~80%。

上述的第二种方法在阴极上沉积的铝基合金的成分按重量百分比含Al 85~96%，Si 2.5~12.5%，Fe 0.8~1.6%，Ti 0.3~2.5%，余量为杂质。